大零件的锻造工艺及热处理工艺

大零件的锻造工艺及热处理工艺

0生产中常见故事的缺陷和预防董材料的质量与原材料的质量（即重量的铁屑）、精炼和加热技术密切相关。现仅就生产中经常发现的缺陷和预防措施作一概括分析。锻件主要缺陷有:内部组织偏析、夹杂、白点、粗晶、表裂;此外还有因折迭、内裂、龟裂、钢锭沿横断面裂或者因组织不合要求而报废的,或者轴承钢网状碳化物超级等。1钢锭中残余物的降解非金属夹杂物主要是指原材料带来的硫化物、氧化物和硅酸盐等,即在冶炼浇注过程中由化学反应形成的夹杂物及在金属熔炼和浇注时耐火材料或沙子等外来夹杂物落入钢锭中所形成的不溶解于基体金属的非金属夹杂物,经过加热、冷却热处理后仍不能消失。钢锭中非金属夹杂物的含量、分布与冶炼钢锭有关,锻造只能使其分散,即分布趋于均匀细小,而不能减化其数量。1.1从钢锭中夹夹物的分布情况分析(1)非金属夹杂物除了使锻件性能降低之外,也会引起锻件表面裂纹。如35CrMo在锻造中间工序产生裂纹,这在很大程度上是由于晶界上分布的低熔点夹杂(如硫化物等)过多,锻造时引起热脆现象致使断裂而降低了钢锭的锻造性能。(2)在夹杂的含量、种类、大小、分布状况等诸因素中,以夹杂的大小和分布对锻件的影响最大。锻件断裂处夹杂多呈链状或团状存在。(3)夹杂物在钢锭中的分布不均匀,危害较大的主要分布在钢锭底部的负偏析区,即锭身和冒口的交界处(距冒口线300mm~500mm)。根据以上分析,减少夹杂物的根本途径是在冶炼浇注过程中尽量减少夹杂物的来源,对钢锭中已经形成的夹杂应尽量使其上浮至冒口区。在锻造过程中虽不能消除钢中夹杂,但可利用合理的锻造工艺使粗大的夹杂减少,使密集的夹杂分散,以减少其危害。1.2钢锭中心夹层的铸造工艺(1)对于重要零件,在钢锭加热时进行高温扩散退火。这是非常有效的,因为夹杂多伴随着偏析。(2)变形过程中,采用满砧送料,大压下量锻造,有利于钢锭中心夹杂产生变形而后空隙焊合,可能时采用“宽砧”锻造。(3)造成有利于锻合缺陷的压应力状态。(4)根据零件的受力情况及对纤维分布的要求,采用相应的锻造工艺。例如同时要求轴向和切向性能时,需要镦粗—拔长工序。(5)水口端、冒口端要有足够的切除量。(6)尽量使镦粗比增大,最好达到i=2。(7)选适当的锻造比。2机械性能及理化性能金属材料的晶粒大小不是一成不变的。由于经受的工艺过程不同,晶粒大小与形状可在很大范围内变化,因此对机械性能及理化性能带来很大影响。一般情况下,随着晶粒细化,钢的屈服强度、疲劳强度提高,同时具有很高的塑性和冲击韧性。在发现粗晶的锻件中,从机械性能试验的结果看强度指标下降不多,而塑性指标明显下降,尤其是冲击韧性,由4.5kg·m/cm2~4.0kg·m/cm2下降至1.5kg·m/cm2左右。2.1影响晶体生产速度和长度的基本概念2.1.1加热温度影响在加热条件下,原子的活动能力增加,随着加热温度升高,原子的扩散能力不断增强,晶粒长大的趋势加剧,细晶粒极易变为粗晶粒,即加热温度愈高,粗晶愈严重。2.1.2保温时间高温保温时间愈长,粗晶现象愈严重,但较加热温度影响小。2.1.3变形程度粗晶可以通过热变形消除,原始加热温度愈高,所需变形程度愈大,一旦发现粗晶,对于有相变的钢,可以用相应的热处理予以改善。2.2避免使用厚晶措施(1)比钢坯及预应力钢坯可当钢锭凝固时,得到的原始晶粒组织比较稳定,过热倾向少,其始锻温度比同种钢坯及钢材可高20℃~50℃。保温时间不宜过长,要根据锭型确定合理的保温时间。(2)塑料变形可以打破厚体的晶体，细化组织，去除厚晶体因此,锻造时的变形是消除粗晶的有效措施。2.3晶粒大、变形小、最适加工的工艺(1)锻造过程中应尽量避免出现锻件上只加热而不变形的部分。(2)在决定最后一次的加热温度时,要根据剩余变形量(剩余锻比大小)决定,以免由于终锻温度过高,引起晶粒粗大,变形程度过小,锻造变形力又传递不到锻件中心。一般认为:锻比在1.3~1.5时,最高加热温度1120℃~1150℃;锻比在1.1~1.3时,最高加热温度1000℃~1050℃;锻比<1.1时,最高加热温度950℃~1000℃。在锻造变形时,应避免小压下量变形工艺。(3)锻件检验中发现粗晶时,对于已经达到要求的尺寸和变形,可采用热处理方法消除。对探伤发现粗晶的锻件进行再次正火处理,晶粒度能有明显的改善,可采用高温正火或正常正火温度下进行一次或二次热处理。3锻后冷却工艺产生白点缺陷的锻件材质主要是合金结构钢。从发现白点的情况看偶然性强,虽然数量不多,也值得对锻后冷却工艺进行分析。白点是由钢中的氢气和组织应力共同作用产生的。要消除白点就应设法除氢和消除组织应力,除氢的根本措施是从冶炼工艺开始,如冶炼过程中氢的质量分数超过2×10-6,就要在锻后制定去氢的冷却规范,决不允许锻后直接冷却到室温。3.1缩短热处理周期(1)过冷温度控制不当,因为产生白点多在150℃~300℃之间。(2)热处理工艺是针对一般的含氢量制定的,因有些钢在冶炼过程中含氢量较高,以致使原热处理工艺不能满足去氢的需要。(3)不应过分强调缩短热处理周期而缩短回火保温时间。从统计资料看,白点多发生在锻件中心部位,原因是去氢时间不足。3.2温度扩散速度为更有效地预防白点,应对热处理工艺作如下改进:(1)适当增加过冷温度保温时间,氢在该温度扩散速度最大,效果最好,原则是3h/100mm。(2)等温保温时间在过冷的基础上可以缩短,一般取5h/100mm~6h/100mm。因为从实践和资料看,在这一阶段扩散出的氢并不多,主要的目的是消除由于过冷而产生的组织应力。4其他缺陷4.1但是，4.1.1过烧，产生过烧过烧是在晶粒边界出现熔化。一般在氧化气氛中加热的钢锭由于高温状态氧化更剧烈,以及氧化过程中的放热,使钢锭表面温度比炉温高,从而产生过烧。因过烧而产生的裂纹是短粗的裂口,不规则地密布于锻件表面,裂纹内有氧化现象,两侧脱碳严重,晶粒也很粗大。因过烧而产生的裂纹在生产中曾偶尔发生,但如果在加热过程中使炉内温度尽量均匀,特别是不使火焰直接喷向坯料表面,是完全可以避免的。现行的预防措施是:①注意装炉位置合理;②改造加热炉体结构,改变烧嘴高低位置使喷出火焰分散。4.1.2氧化铁流体氧化法若钢中含铜量过高(超过0.2%),在高温锻造时会在表面产生网状裂纹。这是由于铜较铁难以氧化,而且扩散过程很慢,因此在氧化铁皮下形成一层富铜的金属层,当加热温度超过1100℃时,富铜的金属熔化并渗到钢的晶粒边界,晶粒之间联系减弱而在热变形时金属表面便产生网状裂纹。4.2预应力筋范围及碳化物对终锻温度的影响对轧辊钢(9Cr型)和轴承钢,在锻造过程中应尽量避免产生严重的网状碳化物。尤其是用来制作轴承圈的轴承钢,因为轴承圈在工作时承受着点或线高度集中的周期变化载荷,容易产生疲劳和磨损。所以要求有高的、均匀的强度和硬度,这就必须使轴承钢的组织均匀,不应有网状碳化物,